路由基本概念及静态路由配置实验报告

路由基本概念及静态路由配置实验报告

一、 实验原理

1. 路由器的定义和作用

路由器——用于网络互连的计算机设备 路由器的核心作用是实现网络互连，数据转发 路由（寻径）：路由表建立、刷新 交换：在网络之间转发分组数据 隔离广播，指定访问规则 异种网络互连

2. 基本概念

路由表：

路由器为执行数据转发路径选择所需要的信息被包含在路由器的一个表项中，称为“路由表” 。当路由器检查到包的目的IP地址时，它就可以根据路由表的内容决定包应该转发到哪个下一跳地址上去。路由表被存放在路由器的RAM上。

路由表的构成：

目的网络地址（Dest），掩码（Mask），下一跳地址（Gw），发送的物理端口（interface） 路由信息的来源（Owner），路由优先级（pri），度量值（metric）

路由信息根据产生的方式和特点可以分为以下几种：

直连路由，缺省路由，静态路由，动态路由；其中缺省路由可以由静态路由配 置，也可以由动态路由产生。

直连路由：

当接口配置了网络协议地址并状态正常时，既物理连接正常，并且可以正常检测到数据链路层协议的keepalive信息时，接口上配置的网段地址自动出现在路由表中并与接口关联。其中产生方式（onwer）为直连（direct），路由优先级为0，拥有最高路由优先级。其metric值为0，表示拥有最小metric值。

直连路由会随接口的状态变化在路由表中自动变化，当接口的物理层与数据链路层状态正常时，此直连路由会自动出现在路由表中，当路由器检测到此接口down掉后此条路由会自动消失。

系统管理员手工设置的路由称之为静态（static）路由，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络拓扑结构的改变自动改变。

优点:不占用网络、系统资源、安全；

缺点:需网络管理员手工逐条配置，不能自动对网络状态变化做出调整。 在无冗余连接网络中，静态路由可能是最佳选择。 静态路由是否出现在路由表中取决于下一跳是否可达。

静态路由在路由表中中产生方式（onwer）为静态（static），路由优先级为1，其metric值为0。 缺省路由：

缺省路由是一个路由表条目，用来指明一些在下一跳没有明确地列于路由表中的数据单元应如何转发。对于在路由表中找不到明确路由条目的所有的数据包都将按照缺省路由条目指定的接口和下一跳地址进行转发。

缺省路由可以是管理员设定的静态路由，也可能是某些动态路由协议自动产生的结果。 优点：极大减少路由表条目

缺点：不正确配置可能导致路由环路；可能导致非最佳路由 在 stub 网络出口路由器上，缺省路由是最佳选择。 动态路由：

动态路由协议通过路由信息的交换生成并维护转发引擎需要的路由表。 网络拓扑结构改变时自动更新路由表，并负责决定数据传输最佳路径。

动态路由协议的优点是可以自动适应网络状态的变化，自动维护路由信息而不用网络管理员的参与。其缺为由于需要相互交换路由信息，需要占用网络带宽，并且要占用系统资源。另外安全性也不如使用静态路由。

在有冗余连接的复杂网络环境中，适合采用动态路由协议。 目的网络是否可达取决于网络状态 。 一台路由器上可以同时运行多个路由协议。 路由的优先级：

每个路由协议都可能发现到某一相同的目的网络的路由，但由于不同路由协议的选路算法不同，可能选择不同的路径作为最佳路径。

路由器必须选择其中一个路由协议计算出来的最佳路径作为转发路径加入到路由表中。 路由器选择路由协议的依据是路由优先级。不同的路由协议有不同的路由优先级。数值小的优先级高。从路由优先级最高（优先级数值最小）的协议获取的路由被优先选择加入路由表中。路由优先级数值范围为0-255。

缺省路由优先级赋值原则为：直连路由具有最高优先级；人工设置的路由条目优先级高于动态学习到的路由条目；度量值算法复杂的路由协议优先级高于度量值算法简单的路由协议。

对不同路由协议的路由优先级的赋值是各个设备厂商自行决定的，没有统一标准。所以有可能不同厂商的设备上路由优先级是不同的，并且通过配置可以修改缺省路由优先级。

3. 路由器的工作原理

路由器被认为执行两个最重要的基本功能：路由功能与交换功能

路由功能是指路由器通过运行动态路由协议或其他方法来学习和维护网络拓扑结构知 识的机制，产生和维护路由表。

路由器的交换/转发功能与以太网交换机所执行的交换功能概念不同，指的是数据在路 由器内部移动与处理的过程：从路由器一个接口接收，然后选择合适接口转发，其间做帧的解封装与封装，并对包做相应处理。首先当一个数据帧到达某一端口，端口对帧进行CRC校验并检查其目的数据链路层地址是否与本端口符合，如通过检查则去掉帧的封装并读出IP数据包中的目的地址信息，查询路由表，决定转发接口与下一跳地址。获得了转发接口与下一跳地址信息后路由器将查找缓存中是否已经有了在外出接口上进行数据链路层封装所需的信息，如果没有这些信息路由器将通过适当的进程获得这些信息：外出接口如果是以太网将通过ARP协议获得下一跳IP地址所对应的MAC地址；而如果外出接口是广域网接口将通过手工配置或自动实现的映射过程获得相应的2层地址信息。然后做新的数据链路层封装并依据外出接口上所做的QOS策略入相应的队列，等待端口空闲进行转发。

路由功能：学习和维持网络拓扑结构知识的机制被认为是路由功能。完成路由功能需要路由器学习与维护以下几个基本信息：

首先需要知道被路由协议的是什么，一旦在接口上配置了IP地址，子网掩码，既在接口上启动了IP协议，缺省情况下IP路由是打开的，路由器一旦在接口上配置了三层的地址信息就可以转发IP数据包。

目的地址是否已存在。通常IP数据包的转发依据的是目的网络地址，路由表中必须有目的网络的路由条目才能够转发数据包，否则IP数据包将被路由器丢弃。

路由表中还包含为将数据包转发至目的网络需要将此数据包从哪个端口发送出和应转发到那一个下一跳地址等信息。

路由工作过程总结：

对于一个特定的路由协议，可以发现到达目的网络的所有路径，根据选路算法赋予每一条路径metric值，并比较metric值，选择metric数值最小的路径为最佳路径。

一台路由器上可以同时运行多个不同的路由协议，每个路由协议都会根据自己的选路算法计算出到达目的网络的最佳路径，但是由于选路算法不同，不同的路由协议对某一个特定的目的网络可能选择的最佳路径不同。此时路由器根据路由优先级选择将具有最高路由优先级（数值最小）的路由协议计算出的最佳路径放置在路由表中，作为到达这个目的网络的转发路径。

而在路由器的交换过程中查找路由时可能会发现能匹配上多条路由条目。此时路由器将根据最长匹配原则进行数据的转发。路由器会选择匹配最深的，也就是 说可以匹配的掩码长度最长的一条路由进行转发。

4. IP路由过程

同一网络内部的通信：

我们从简单的问题开始讨论：在同一网络内部的通信。为了便于讨论，不妨假设“IP层眼中的网络”一图中，网络A是一个以太网，内部有两台主机想要互相通信：

通信过程图示：

首先主机A通过本机的HOSTS表或WINS系统或DNS系统先将主机B的计算机名转换为IP地址，然后用自己的IP地址与子网掩码计算出自己所处的网段，比较目的主机B的IP地址，发现与自己是处于相同的网段。于是在自己的ARP缓存中查找是否有主机B的MAC地址，如果能找到就直接做数据链路层封装并通过网卡将封装好的以太数据帧发送到物理线路上去；如果ARP缓存表中没有主机B的MAC地址，主机A将启动ARP协议通过在本地网络上的ARP广播来查询主机B的MAC地址，获得主机B的MAC地址后写入ARP缓存表、进行数据链路层封装、发送数据。 不同网络之间的通信：

了解了同一网络内部的通信之后，我们再来看不同网络之间的通信。假设“IP层眼中的网络”一图中，网络A中有一台主机想要和网络B中一台主机通信，而网络A是一个以太网，网络B是一个X.25网络：

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